Afino del oro

Hasta el siglo XIX, el oro se recogía de sus yacimientos y, al ser muy maleable, se conformaba para obtener las joyas sin necesidad de realizar ningún proceso de refino.

Los primeros procesos de afino de este metal eran procedimientos pirometalúrgicos como la copelación. Estos métodos podían eliminar los metales menos valiosos pero no eran capaces de recuperar o eliminar otros metales preciosos, en particular, la plata, por lo que el oro que se obtenía no presentaba una elevada pureza (la ley podía variar entre valores tan lejanos como 60 o 90%).

Por tanto, se desarrollaron métodos de purificación de oro vía química, o hidrometalurgia, mediante las cuales se consiguió elevar la ley del oro de los denominados dores, aleaciones de metales preciosos obtenidas por copelación. Los ataques ácidos permitían la solubilizacion selectiva de los metales y su posterior recuperación.

A pesar de todo, estos procesos, considerados como clásicos, se han venido utilizando con asiduidad en los principales países productores de este metal y ha sido en este último cuarto de siglo cuando se han desarrollado nuevos procesos desarrollado nuevos procesos basados, fundamentalmente, en la separación con disolventes orgánicos.

Métodos Tradicionales de Afino de Oro

Se recogen, a continuación, los métodos de afino más utilizados tradicionalmente para finar oro los cuales tienen en común el uso de un disolvente acuoso y distintos ácidos minerales inorgánicos.

A. El proceso con acido nítrico:

El acido nítrico es un reactivo muy eficiente para la disolución de los metales base y de la plata que puedan acompañar al oro; sin embargo, el oro contenido en el material de partida no debe exceder del 30% para que el proceso no pierda eficacia.

La plata se recupera de la disolución resultante, por precipitación, como cloruro de plata. A continuación, se realiza la cementación de los otros metales disueltos con hierro o cinc. El residuo que queda después de la lixiviación con acido nítrico, se lava con acido clorhídrico y se funde. En muy raros casos se llega a obtener un oro de un 99,9% de pureza.

Este proceso no tuvo demasiado éxito debido al elevado precio del acido, a la formación de compuestos del tipo NOX, que deben ser recuperados, y a la presencia de ciertas impurezas que, como el arsénico, antimonio y estaño, no se eliminan fácilmente con el acido utilizado.

Veamos la siguiente figura para esquematizar lo dicho :

8,3

B. El proceso con acido sulfúrico :

Este proceso necesita que el material aurífero sea una aleación de oro con plata o cobre para que la lixiviación con acido sulfúrico tenga éxito (con la plata, la relación optima es de 2 a 5 partes de plata por 1 parte de oro). La solubilizacion de la plata, y de todos los metales que forman sulfatos solubles, da lugar a un residuo aurífero que se puede fundir y moldear. El oro obtenido no es de elevada pureza.

La plata se recupera de la disolución de lixiviación mediante bien cristalización de sulfato de plata y posterior cementación, con hierro o cinc, o bien directamente mediante cementación de la disolución con cobre.

La desventaja de este proceso era que producía SO2 y que no se podían tratar materiales de partida que tuvieran plomo debido a la formación de sulfato de plomo el cual acompañaba al oro en el resto del proceso

8,4

C. El proceso con agua regia:

Solo se puede aplicar a productos con un alto contenido en oro. Es conveniente que el contenido en plata no sobrepase el 10% debido a que la formación de cloruro de plata origina densas capas sobre el material que no permiten el posterior ataque del oro.

En este proceso, a diferencia de los dos anteriores, el oro pasa, junto con los metales base, a la disolución acuosa mientras que la plata permanece con el residuo del que se recupera por disolución-cementación.

El oro se puede recuperar por varios procedimientos en los que se utilizan: SO2, FeCl2 o FeSO4.

Las desventajas de este procedimiento, que se esquematiza en la figura siguiente, son el elevado coste de los ácidos, el elevado coste del equipo, la producción de vapores de NOX y que solo se pueden tratar ciertos materiales de partida.

Hoy día se sigue utilizando debido a que se pueden tratar materiales auríferos con un contenido importante de metales del grupo platino.

D. Proceso de base clorhídrico:

El oro se puede disolver en acido clorhídrico en presencia de un oxidante. La plata precipita en este medio y se puede aprovechar si se separa. El oro, posteriormente, se precipita con acido oxálico. Aunque una sola precipitación suele ser insuficiente, el paladio puede precipitar con el oro. Los metales básicos, como el cobre, se pueden precipitar con SO2. Las precipitaciones se deben repetir varias veces para conseguir metales puros. Este método tiene ventajas ya que es barato en quipo, es rápido y, por tanto, recomendable para cantidades pequeñas de metal.

Procesos actuales de afino de oro

Basándose en la necesidad de disponer de métodos fiables y baratos para disponer de un metal de pureza adecuada para sus distintas aplicaciones, se han desarrollado toda una nueva serie de métodos de afino que se resumen a continuación.

A. El Proceso Miller

Se basa en el hecho de que el oro no forma fácilmente cloruros mientras que la mayoría de las impurezas que lo acompañan sí; además, a una temperatura de tratamiento con cloro gas de 1150 °C, unos cloruros son volátiles y otros están fundidos. Debido a esta propiedad, dichas impurezas se pueden eliminar mediante el burbujeo de cloro gas en el oro fundido. Las reacciones de formación de los cloruros, la energía libre asociada a dichas reacciones, a la temperatura de 1150°C, y la temperatura de ebullición de los cloruros son los siguientes:

Fe + Cl2 FeCl2

f G° (1150°C) = -200,6 kJ * mol-1 ; P.e. = 1023°C

Zn + Cl2 ZnCl2

f G° (1150°C) = -288,6 kJ * mol-1 ; P.e. = 723°C

Pb + Cl2 PbCl2

f G° (1150°C) = -200,6 kJ * mol-1 ; P.e. = 954°C

2Cu + Cl2 2CuCl

f G° (1150°C) = -1250,6 kJ * mol-1 ; P.e. = 1490°C

2Ag + Cl2 2AgCl

f G° (1150°C) = -138,1 kJ * mol-1 ; P.e. = 1554°C

2Au + 3Cl2 2AuCl3

f G° (1150°C) > 0

El cobre y la plata se recogerán, pues, en la escoria y los otros metales se volatilizaran. Tal como indican las energías libres, se volatilizan primero el cinc, hierro, plomo y luego el cobre y la plata. En el proceso de cloración, la presencia de hierro, plomo y cinc tiene una gran influencia en la velocidad y eficiencia de la eliminación de las impurezas. En la práctica, se observa que el elemento que se elimina en primer lugar es el hierro. Esta eliminación se produce antes de que el cinc y el plomo se volatilicen. Además, si no hay hierro, estos dos metales no formarían fácilmente los correspondientes compuestos clorurados, lo que restaría eficiencia al proceso.

Como el exceso de cloro es pequeño, se forman los cloruros cuproso y ferroso y poco de los de mayor nivel de oxidación.

Se puede decir, de forma general, que con este método se obtiene un oro de 99,5 % de pureza que necesita de una posterior operación de purificación.

Un problema es que no se separan los metales del grupo de platino los cuales se recogen con el oro.

B. El Proceso Wohlwill:

Este proceso utiliza la electrolisis para el refino. El metal impuro se moldea en ánodos y los cátodos son de titanio o de oro muy fino. El electrolito es una disolución acuosa del acido tetracloroaurico (2M) con HCl (2,5M). La temperatura es de 70°C. Se utilizan 5 ánodos de unos 10 kg y 6 cátodos; la tensión total es de 1,5 v y la densidad de corriente del orden de 0,07 amp* cm-2. El acido tetra áurico se produce mediante la reacción:

2Au + 3Cl2 + 2HCl 2HAuCl4

Para obtener oro de alta pureza se necesita realizar una electrolisis que presenta algunos problemas. La disolución anódica del oro es en forma de Au (III) pero una parte de este metal pasa a la disolución como Au (I). Esto da lugar a la obtención de malos depósitos catódicos y la formación de finos de oro en la celda electrolítica. Los finos se pueden eliminar si se emplea una densidad de corriente alta y un cátodo proporcionalmente más pequeño que el ánodo. Para que se forme un oro de la más alta pureza es mejor que el cátodo sea rugoso.

Las reacciones en el ánodo son:

Au Au+3 + 3e-

Au3+ + 4Cl- AuCl4-

Las reacciones en el cátodo son:

Au+3 + 3e- Au

AuCl4- Au3+ + 4Cl-

Este proceso se aplica a materiales con un contenido de plata inferior al 10%. El principal problema se debe a la polarización a que da lugar la presencia de plata, y a la obtención de catodos cada vez más impuros debido a la contaminación física por este metal contenido en el material de partida.

A pesar de utilizar distintos métodos para evitar estos problemas, es difícil obtener de forma continua, mediante este procedimiento, un oro con una pureza superior al 99,99%.

Los lodos contienen plata y los metales del grupo platino (Rh, Ir, Ru y Os), y el paladio y platino quedan en el electrolito. El electrolito se carga, también, de metales comunes y debe ser reemplazado con cierta frecuencia.

El proceso es un poco lento, lo que cuesta dinero, pero permite aprovechar los metales del grupo platino y es útil para oro que ha sido pre afinado.

Se afina por este procedimiento, aproximadamente, entre la cuarta parte y un tercio del oro producido.

C. Proceso para recuperar oro de los lodos anódicos:

Gran parte del oro que se produce se obtiene como producto secundario de las operaciones electrolíticas en las refinerías de cobre. En dichas refinerías, se recogen los lodos anódicos del afino del cobre en los que se concentra la palta y el oro. Se eliminan, en primer lugar, impurezas como el níquel, selenio, telurio y plomo por copelación. El producto obtenido, un concentrado de plata y oro, se trata a ebullición con acido sulfúrico concentrado para eliminar la plata y el cobre. Se obtiene así un oro en forma de arena que se funde y refina electrolíticamente.

Los lodos anódicos también suelen contener metales del grupo del platino que pueden causar problemas en el circuito de refino del oro. El metal, producido a partir de estos materiales, contiene trazas de dichos metales preciosos que se pueden separar mediante tratamiento con acido nítrico y/o clorhídrico. También se utiliza la extracción con disolventes orgánicos para separar los metales del grupo del platino de la plata y el oro.

Procedimientos hidrometalúrgicos para afinar el oro

El desarrollo de este tipo de procesos, a mediados del siglo XX, tenía como objetivo evitar la utilización del proceso Miller. Desde el punto de vista metalúrgico eran un éxito pero no se consiguió la implantación de ninguno de ellos debido a que:

1. Las ventajas de costes de operación no eran suficientes como para justificar los costes de capital.

2. Se utilizaba medio cloruro y este generaba graves problemas de corrosión en los materiales tratados.

Nuevos procesos comerciales para afino de oro

Estos nuevos procesos se caracterizan porque o bien precipitan el oro de la correspondiente disolución o bien emplean previamente la extracción con disolventes orgánicos para separar y/o concentrar este metal de otras impurezas.

a) El proceso outokumpu

Este proceso trata lodos anódicos de manera que se facilite el posterior procesado de los metales del grupo del platino y a la vez que disminuya el contenido de oro en los circuitos electrolíticos.

Emplea la lixiviación del residuo aurífero que se forma en las celdas de procesado de planta. El agente de lixiviación es el acido sulfúrico concentrado. El oro fino que se obtiene no se funde en ánodos sino que se trata con agua regia de forma que se disuelva precipitándose, mas tarde, de forma selectiva, con sulfito sódico.

El platino y el paladio contenidos en la disolución se recuperan mediante cementación con hierro o se extraen con disolventes orgánicos.

8.6

b) El proceso sumitomo:

Los lodos anódicos de las refinerías de cobre se tratan para eliminar, en primer lugar, el cobre y el selenio por copelación. El producto resultante se digiere con acido sulfúrico con el fin de eliminar la plata. Los sólidos que resultan de esta operación se lixivian con cloro gas, disolviéndose el oro, el platino y el paladio.

El oro se recupera precipitándolo con peróxido de hidrogeno; se necesita después una lixiviación con acido nítrico para conseguir la pureza necesaria para la comercialización del producto.

El platino y el paladio se recuperan mediante precipitación con acido fórmico en forma de un concentrado mixto. También se pueden separar por extracción con disolventes orgánicos.

c) Proceso Iner

Su objetivo es también el tratamiento de los lodos que se producen en las plantas de electro refino del cobre. En primer lugar, se separan el cobre, el plomo, la plata y el selenio mediante una lixiviación selectiva. A continuación, el oro se recupera de la disolución de lixiviación mediante extracción por disolventes. El agente de extracción empleado normalmente es el dibutilcarbitol. La fase orgánica cargada con el metal se lava dos veces con acido clorhídrico diluido, recuperándose el oro, como una arena fina, mediante una disolución de acido oxálico a 85 0C.

8.7

d) Proceso Noranda

Las etapas de este proceso son :

1. Lixiviación del material aurífero con agua regia.

2. Cementación de la plata con hierro (se obtiene una plata que se puede refinar).

3. Precipitación del oro, a 95 oC, con SO2 y en dos etapas. En la primera etapa se obtiene un oro con una pureza mayor del 99,99%. en la segunda se obtiene un oro impuro que se recicla a la etapa de lixiviación.

4. Precipitación de un concentrado paladio – platino, a 95 oC. Como agente precipitante se emplea formiato sódico a un pH de 3,5 – 4.

5. Neutralización de los efluentes producidos en la cementación de la plata y la precipitación del platino – paladio reciclando la pulpa para su posterior tratamiento.